H02N2/026—Electric machines in general using piezo-electric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body

H—ELECTRICITY

H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER

H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR

H02N2/00—Electric machines in general using piezo-electric effect, electrostriction or magnetostriction

H02N2/103—Electric machines in general using piezo-electric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor

Abstract

Translated from German

Die Erfindung betrifft Ultraschallmotor, umfassend einen Aktor in Form einer piezoelektrischen Platte mit zwei flächenmäßig größten Hauptflächen und wenigstens vier die Hauptflächen miteinander verbindenden Seitenflächen, wobei an wenigstens einer der Seitenflächen mindestens ein Friktionselement angeordnet ist, ein anzutreibendes Element, das mit dem Friktionselement des Aktors in Wirkkontakt steht und über dieses angetrieben wird, eine Spannvorrichtung zum Anpressen des wenigstens einen Friktionselementes an das anzutreibende Element und eine Thermokompensationsplattform mit Anlageabschnitten, an welchen die jeweiligen Seitenflächen des Aktors anliegen, so dass eine Verschiebung des Aktors nur entlang der anliegenden Seitenflächen möglich ist. The invention relates to ultrasonic motor, comprising an actuator in the form of a piezoelectric plate with two largest surface area in main surfaces and at least four major surfaces interconnecting side faces, wherein at least one of the side surfaces of at least one friction element is arranged a driven member in the friction of the actuator operative contact is and is driven by this, a clamping device for pressing the applied at least one friction element to the driven element, and a thermal compensation platform with abutment portions at which the respective side surfaces of the actuator, so that a displacement of the actuator only along the adjacent side surfaces is possible.Erfindungswesentlich weist die Spannvorrichtung zwei Drehwinkelhebel auf, wobei jeder Drehwinkelhebel einen Zughebelarm und einen Druckhebelarm umfasst, und die beiden Zughebelarme über eine gespannte Zugfeder miteinander verbunden sind, und die Zugkraft der Zugfeder ein Drehmoment auf Drehwinkelhebel dergestalt ausübt, dass jeder der Druckhebelarme mit einer definierten Kraft auf diejenige Seitenfläche des Aktors einwirkt, die der Seitenfläche gegenüberliegt, an welcher das mindestens eine Friktionselement angeordnet ist, so dass der Aktor entlang den Anlageabschnitten und linear geführt durch diese in Richtung des anzutreibenden Elements gedrückt ist. Essential to the invention the clamping device comprises two rotary angle lever, with each rotation angle lever includes a Zughebelarm and a Druckhebelarm, and the two Zughebelarme are connected by a taut spring, and the tensile force of the tension spring exerts a torque on rotation angle lever such that each of the pressure lever arms with a defined force acts on the side surface of the actuator, which is opposite to the side surface on which the at least one friction element is arranged so that the actuator along the abutting portions and linearly guided by this is pressed in the direction of the driven element.

Demnach wird von einem Ultraschallmotor ausgegangen, der einen Aktor in Form einer piezoelektrischen Platte mit zwei flächenmäßig größten Hauptflächen und wenigstens vier die Hauptflächen miteinander verbindenden Seitenflächen umfasst, wobei an wenigstens einer der Seitenflächen mindestens ein Friktionselement angeordnet ist. Accordingly, it is assumed that an ultrasonic motor which comprises an actuator in the form of a piezoelectric plate with two largest surface area in main surfaces and at least four major surfaces interconnecting the side surfaces wherein at least one of the side surfaces of at least one friction element is arranged.Weiterhin umfasst der Ultraschallmotor ein anzutreibendes Element, das mit dem Friktionselement des Aktors in Wirkkontakt steht und über dieses angetrieben wird, eine Spannvorrichtung zum Anpressen des wenigstens einen Friktionselementes an das anzutreibende Element; Further, the ultrasonic motor includes a driven member which is engaged with the friction element of the actuator in operative contact and is driven by this, a clamping device for pressing the at least one friction element to the driven element;und eine Thermokompensationsplattform mit Anlageabschnitten, an welchen die zugeordneten Seitenflächen des Aktors anliegen, so dass eine Verschiebung des Aktors nur entlang der anliegenden Seitenflächen möglich ist. and so that a displacement of the actuator only along the adjacent side surfaces is possible thermal compensation system platform with portions at which bear against the associated side surfaces of the actuator.

Der erfindungsgemäße Ultraschallmotor ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung zwei drehbar gelagerte Drehwinkelhebel aufweist, wobei jeder Drehwinkelhebel einen Zughebelarm und einen Druckhebelarm umfasst, und die beiden Zughebelarme über eine gespannte Zugfeder miteinander verbunden sind, so dass eine Zugkraft auf jeden der Drehwinkelhebel ausgeübt ist. The ultrasonic motor according to the invention is particularly characterized in that the clamping device comprises two rotatably mounted rotation angle lever, each rotation angle lever includes a Zughebelarm and a Druckhebelarm, and the two Zughebelarme are connected by a taut spring, so that a tensile force is exerted on each of the rotational angle lever.Diese Zugkraft der Zugfeder, die an einem distalen Abschnitt des jeweiligen Zughebelarms angreift, bringt ein Drehmoment in die Drehwinkelhebel dergestalt ein, dass jeder der Druckhebelarme mit einer definierten Kraft auf diejenige Seitenfläche des Aktors einwirkt, die der Seitenfläche gegenüberliegt, an welcher das mindestens eine Friktionselement angeordnet ist, so dass der Aktor entlang den Anlageabschnitten und linear geführt durch diese in Richtung des anzutreibenden Elements gedrückt ist. This tensile force of the tension spring, which acts on a distal portion of each Zughebelarms, applies a torque in the rotation angle lever in such a that each of the pressure lever arms acting with a defined force on the side surface of the actuator, which is opposite to the side surface on which the at least one friction element is arranged so that the actuator along the abutting portions and linearly guided by this is pressed in the direction of the driven element.

Ebenso kann es von Vorteil sein, dass jeder der Anlageabschnitte einen Basisabschnitt und zwei Flügelabschnitte mit jeweils einem freien Ende aufweist, an welchen der Aktor mit seiner entsprechenden bzw. zugeordneten Seitenfläche anliegt, wobei die Flügelabschnitte über einen Verbindungssteg, vorzugsweise über einen gemeinsamen Verbindungssteg, mit dem Basisabschnitt verbunden sind. It may also be advantageous that each of the abutting portions having a base portion and two wing portions, each having a free end at which the actuator rests with its corresponding or associated side surface, said blade portions via a connecting web, preferably via a common connecting web, with are connected to the base portion.

Zudem kann es von Vorteil sein, dass jeder der Anlageabschnitte einen Basisabschnitt und zwei Wandabschnitte aufweist, an welchem der Aktor mit seiner entsprechenden bzw. zugeordneten Seitenfläche anliegt, wobei jeder der Wandabschnitte über wenigstens einen Verbindungssteg, vorzugsweise über einen gemeinsamen Verbindungssteg, und einen Befestigungssteg mit dem Basisabschnitt verbunden ist. In addition, it may be advantageous that each of the abutting portions having a base portion and two wall portions, at which the actuator rests with its corresponding or associated side surface, each of said wall portions over at least one connecting web, preferably via a common connecting web, and a fixing web is connected to the base portion.

Ferner kann es von Vorteil sein, dass die Resonanzfrequenz Fs zumindest eines Flügelabschnitts oder zumindest eines Wandabschnitts gleich oder größer als die Arbeitsfrequenz Fa des Aktors ist. Further, it may be of advantage that the resonant frequency Fs of at least one wing portion, or at least a wall portion is equal to or greater than the operating frequency Fa of the actuator.

Außerdem kann es von Vorteil sein, dass der Aktor in Bezug auf die Anlageabschnitte dergestalt angeordnet ist, dass jeder Verbindungssteg und/oder jeder Befestigungssteg im Bereich des jeweiligen Geschwindigkeitsminimums der sich an der jeweiligen Seitenfläche des Aktors während des Betriebs ausbildenden Deformationsschwingungen liegt. In addition, it may be advantageous that the actuator is arranged in relation to the contact sections such that each connection web and / or each fastening web is in the range of the respective speed of the minimum of the forming of the respective side surface of the actuator during the operation of bending vibrations.

Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, dass der Aktor in Bezug auf die Drehwinkelhebel dergestalt angeordnet ist, dass der jeweilige Punkt des Kontaktes zwischen einem der Druckhebelarme und dem Aktor im Bereich des jeweiligen Geschwindigkeitsminimums der sich an der jeweiligen Seitenfläche des Aktors während des Betriebs ausbildenden Deformationsschwingungen liegt. In addition, it may be advantageous that the actuator is arranged in respect to the rotation angle lever in such a way that the respective point of contact between one of the pressure lever arms and the actuator in the region of the respective speed of the minimum of the forming of the respective side surface of the actuator during operation bending vibrations is.

Bei den vorgenannten vorteilhaften Anordnungen des Aktors erfährt dieser die geringsten Störungen hinsichtlich der bzw. den geringsten Einfluss auf die in ihm während seines Betriebs induzierten Deformationsschwingungen, so dass eine hohe Effektivität des Aktors resultiert. In the above advantageous arrangement of the actuator of this experiences the least interference in terms of or the least impact on the currents induced in it during its operation deformation vibrations, so that results in a high efficiency of the actuator.

Es zeigen: Show it:

1 1: Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors : Exploded view of an embodiment of an ultrasonic motor according to the invention

2 2: Explosionsdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors : Exploded view of another embodiment of an ultrasonic motor according to the invention

1 1zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors für eine Linearbewegung. shows an embodiment of an ultrasonic motor according to the invention for a linear movement.Der Ultraschallmotor umfasst hierbei einen Ultraschallaktor The ultrasonic motor case includes an ultrasonic actuator1 1in Form einer rechteckigen piezoelektrischen Platte in the form of a rectangular piezoelectric plate2 2mit zwei flächenmäßig größten Hauptflächen und vier die beiden Hauptflächen miteinander verbindenden Seitenflächen. with two largest surface area in main surfaces and four, the two major surfaces interconnecting the side surfaces.An einer der Seitenflächen ist ein Friktionselement On one of the side surfaces is a friction element3 3angeordnet, das für den Friktionskontakt mit einer Friktionsschicht arranged for the frictional contact with a friction layer5 5eines stabförmigen anzutreibenden Elements a rod-shaped driven element4 4vorgesehen ist. is provided.Es ist zu beachten, dass das anzutreibende Element It should be noted that the driven element4 4in in1 1mit einer Unterbrechung dargestellt ist. is shown with a break.

2 2zeigt eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors für eine rotatorische Bewegung, bei welchem das anzutreibende Element shows a possible embodiment of an ultrasonic motor according to the invention for a rotational movement, wherein the driven element4 4als runde Scheibe ausgeführt ist. is designed as a circular disc.Andere Ausführungsformen des anzutreibenden Elements, etwa in Form eines Zylinders oder einer Welle, sind hierbei ebenso denkbar. Other embodiments of the driven element, in the form of a cylinder or a shaft, here are also conceivable.

10 10zeigt in einer Explosionsdarstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschallmotors mit dem Aktor gemäß shows an exploded view of an embodiment of the ultrasonic motor according to the invention with the actuator in accordance with9 9. ,

12 12zeigt in einer Explosionsdarstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschallmotors mit dem Aktor gemäß shows an exploded view of an embodiment of the ultrasonic motor according to the invention with the actuator in accordance with11 11. ,